基于改进灰狼算法的机械臂运动学高精度逆解北大核心

为提高串联机械臂逆运动学的求解精度、简化求解难度及增强求解通用性,提出一种适用于各类串联机械臂逆运动学求解的改进群智能算法;根据改进D-H参数法建立机械臂运动学模型,以最小化位姿误差为优化指标建立目标函数,将逆运动学求解问题转化为优化控制问题。通过多种群混沌协同搜索策略、最优学习策略、多重变异扰动策略和跳出局部最优策略4种改进策略提出一种多策略协调改进的灰狼优化(multi strategy coordination improved grey wolf optimization,MSCIGWO)算法,并应用于求解各类串联机械臂逆运动学。仿真试验结果表明,改进后的灰狼优化算法求解性能得到极大提高,相比于直接采用灰狼优化算法求解机械臂逆运动学,MSCIGWO算法的收敛速度、收敛稳定性更强且可高精度收敛至精确小数点后12位数值精度的理想位姿,验证了该算法求解的有效性与通用性。     

基于小脑神经网络解决机械手逆运动学控制问题

由于机械手逆运动学问题的求解存在多解且非常复杂,以往解决机械手的逆运动学求解问题主要是通过神经网络逆模型来建立机械手的逆运动学模型然后通过遗传或改进的BP算法来训练神经网络的权(阀)值矩阵从而达到问题的求解,然而这种方法在建立神经网络的逆模型时要对训练数据进行限制或筛选使其成为单解问题(即满足逆映射关系存在的要求),这对于那些对数据事先进行处理很困难或根本无法进行的复杂系统是不可行,为此提出了一种采用小脑神经网络和约束条件相结合的方法来解决逆运动学问题.研究结果表明此方法可以很好的解决机械手的逆运动学控制问题,同时该方法可以推广应用到那些通过数学模型求解困难或者数学模型不确知的复杂系统反求问题.     

晶圆片盒传输机械手设计与运动仿真

为满足立式扩散炉设备中晶圆片盒传输效率及定位精度高的要求,设计了一种五自由度混合型机械手,主体结构由Y、Z轴方向模组及SCARA机械手组成。利用改进型D-H法建立各连杆间的运动学模型,并进行运动学正逆求解;针对无穷逆解的问题,通过构造目标优化函数结合粒子群优化(PSO)算法进行求解。最终基于MATLAB完成仿真分析,结果表明所建立的运动学方程正确,机械手的工作空间满足使用要求,所得最优逆解可使机械手末端达到设定的定位精度。     

UKF算法在七自由度机械臂逆运动学求解的应用北大核心

针对七自由度冗余度机械臂逆运动学求解问题,提出一种求解逆运动学的新方法。采用闭环模型建模的多维序列处理方法,将无迹卡尔曼滤波算法作为递推算法对机械臂实时状态进行估计,输入向量由前向模型的输入序列和反馈模型中的测量输出序列组成,建立具有闭环框架的七自由度冗余机械手逆运动学的状态空间模型,降低了计算的复杂度。与传统雅可比矩阵的伪逆计算方法对比分析,结果表明:所提方法具有较高的位置误差精度和计算效率,在末端执行器的轨迹中加入噪声,显示所提方法具有较好的收敛性能,通过实验表明该方法具有一定的通用性和可靠性。     

水下机械手运动学逆解的一种优化解法

本文给出一种运用约束最优化的变尺度法求解Schilling水下机械手运动学逆解的方法。这种方法不仅具有牛顿方法的快速性和理想的总体收敛性，通过迭代求取H阵，不存在奇异性问题，运用惩罚函数法选取步长，保证了从任意点进行搜索，同时有效地处理了约束的存在，这种方法较其它优化算法和搜索法有明显的快速性，在PⅡ550微机上的求解实验证明此算法完全可以用在此机械手运动学的实时求解中。     

基于改进双种群烟花算法的机器人逆解研究

一般机器人的逆运动学求解过程中存在着推导公式复杂,求解精度低的问题。为此,将双种群烟花算法进行了一定的改进,提出了一种基于改进双种群烟花算法的高精度机器人逆解算法。该算法采用两个种群并行对解空间进行搜索,增加了种群的多样性;优化过程中采用协作算子进行种群间的信息交换,得到了更快的收敛速度;同时引入了算法早熟扰动机制来提高搜索的成功率,避免陷入局部最优解。最后以6R一般机器人作为实验对象进行实验,结果表明:改进双种群烟花算法不仅提高了收敛精度,而且在运算速度和收敛成功率上也有很大的提升。     

基于改进珊瑚礁算法的机械臂快速逆解分析北大核心

针对结构复杂、自由度高的冗余机械臂逆运动学求解困难的问题,提出一种基于经验进化的珊瑚礁优化算法(EECRO)。首先,基于7自由度机械臂的正运动学分析建立了基于位置误差的优化模型;其次,使用PSO算法的学习进化策略代替CRO中的交叉变异,同时引入种群入侵策略以提高种群多样性,并将概率毁灭策略改为条件毁灭策略以保证具有足够的求解精度;然后,通过基准测试函数验证了所提算法具有良好的收敛速度和精度;最后,使用所提方法对给定轨迹点进行了逆运动学求解实验。结果表明,使用EECRO算法的求解的逆运动学精度更高、求解速度更快,与CRO算法相比精度提高了10个数量级以上,不仅扩展了CRO算法的应用范围,同时也为逆运动学数值解问题求解提供了新方法。     

3UPU并联机构的运动学分析与结构参数优化

以3UPU并联机构为研究对象,运用Solidwork建立机构的三维模型,根据方位特征集理论对机构的方位特征集、自由度、耦合度进行分析;同时求解机构的运动学逆解;采用一种新型数值分析法分析机构的工作空间;基于果蝇优化算法(FOA)对3UPU并联机构结构参数进行优化。结果表明:3UPU并联机构具有较大的工作空间且工作空间存在空洞。优化后的参数为后期样机研制、轨迹规划提供了依据。     

基于混合算法的七轴机器人逆解求解

为了解决七轴机器人逆运动学求解较难、精度较低的问题,提出一种基于数值迭代法与粒子群优化算法相结合的方法求解.对机器手模型及逆运动学位姿函数进行了研究,利用数值迭代法进行机器手逆解的初步最优角度解,在此基础上缩小搜索范围利用粒子群算法进行二次优化搜索计算,减小数值迭代过程中产生的累积误差,仿真结果表明机器手的位姿精度大大...     

基于改进果蝇算法的第一类装配线平衡率优化北大核心

为解决第一类装配线平衡问题,提出一种改进果蝇算法。改进果蝇算法采用基于权重的编码方式,使用自适应增长的权重更新策略,并将模拟退火算法融入基本的果蝇算法中。由于权重的不断累加,采用自适应增长的权重更新策略,保证算法的搜索步长一致;模拟退火算法的结合解决了果蝇算法收敛速度快,易陷入局部最优的问题,增加了果蝇算法的全局搜索性;然后使用标准案例验证混合算法的有效性,结果显示,混合果蝇算法与传统算法相比能有效降低最小工作站数,具有搜索能力强,求解精度高等优点;最后用混合果蝇算法对空调外机装配线生产实例进行求解,使装配线平衡率提升了23.36%。     

基于烟花灰狼算法的冗余机械臂运动学逆解

针对常规方法无法有效求解冗余机械臂逆运动学解问题，提出改进灰狼算法的机械臂逆运动学求解方法，采用一般反向学习初始化与烟花算法爆炸机制相结合，使得算法具有较强的抗干扰与全局求解性，有效避免早熟、局部最优问题。采用10种经典测试函数对改进灰狼算法进行性能测试，测试结果证明改进灰狼具有收敛精度高、抗干扰能力强等特点。以凿岩机器人的七自由度机械臂逆运动学求解为例，采用MDH法建立运动学模型，运用改进灰狼算法求解并与粒子群、模拟退火、传统灰狼算法进行对比，仿真结果表明：该算法性能优于其他算法，能对冗余机械臂逆运动学进行有效求解。     

A hybrid CHAOS-PSO algorithm for dimensional synthesis of a redundant manipulator based on tracking trajectories without or with singularities

The paper presents a novel hybrid CHAOS-PSO algorithm for dimensional syntheses of redundant manipulators while not following common design principles of arm length or arm length ratio of a human in previous literatures. More specifically, we employ the clamping weighted least-norm (CWLN) method to solve inverse kinematics of the redundant manipulator tracking desired nonsingular or singular trajectories considering joint limits. Thus, an optimal solution of flexible D-H parameters of manipulator is explored in the search space based on evaluations by the defined fitness functions with the proposed algorithm. As an optimization tool in this work, the hybrid CHAOS-PSO algorithm incorporates chaos into the particle swarm optimization (PSO) algorithm as population initialization and global perturbation technique in order to enhance swarm diversity and escape from premature convergence. To demonstrate validity and practicability of the proposed algorithm compared to PSO, simulations of dimensional syntheses of a 7-degree-of-freedom (7-DOF) redundant manipulator with complex structures along the planed nonsingular or singular trajectories are performed.     

基于改进人工蜂群算法的冗余机器臂逆解研究

针对具有移动关节的7自由度机械臂逆运动学求解困难的问题,提出了一种基于改进人工蜂群算法的逆运动学求解方法。首先根据冗余机械臂的物理结构简化出几何模型,利用D-H法建立运动学模型,由坐标系变换得到正运动学的解。由于该冗余机械臂不满足Pieper准则,难以用传统方法求得封闭解;因此采用改进人工蜂群智能算法,利用位置误差与姿态误差的标准差作为目标函数,求取逆运动学的最优解,并利用Matlab编程进行仿真验证,仿真结果表明该方法准确有效,为具有移动关节的冗余机械臂逆运动学的求解提供了一种新的途径。     

偏置式空间机械臂关节角参数化逆运动学求解

针对偏置式空间7自由度(DOF)冗余机械臂,提出了一种基于关节角参数化的运动学求解方法。根据空间机械臂的结构特点对其臂型进行了分析,采用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立空间机械臂坐标系。采用D-H法对空间机械臂操作空间进行了描述,在考虑运动学约束的基础上,得到了以关节角为变量的正运动学模型。通过分析逆运动学模型的可解性,采用矩阵逆乘的解析法求解了该类机械臂逆运动学的完整解析解。在Matlab环境下,使用Matlab Robotic Tools对机械臂的初始姿态进行了仿真。通过给定的机械臂末端位姿,根据推导的逆运动学算法对空间机械臂各个关节的角度进行了求解。机器臂的运动学逆解算将作为机器臂运动规划和轨迹控制的基础。     

采用混合算法优化的3?P RRR并联冗余机械手驱动力矩研究

为了降低平面3-PRRR并联冗余机械手驱动力矩,提高机械手运动平台运动的稳定性,采用混合算法优化机械手运动参数,并对驱动力矩进行仿真验证。针对传统非冗余机械手驱动系统进行改进,给出了平面3-PRRR并联冗余机械手简图,设计了冗余机械手驱动系统,采用雅克比矩阵对冗余机械手运动平台运动轨迹进行转换,推导出冗余机械手3个分支闭环运动轨迹方程式。引用粒子群算法并进行改进,添加了遗传算法中交叉和变异操作,设计出了混合粒子群算法。采用混合算法优化冗余机械手运动参数,通过MATLAB软件对冗余机械手3个分支驱动力矩变化进行仿真,与优化前进行对比。结果显示:优化前,平面3-PRRR并联冗余机械手驱动力矩较大,整体波动幅度较大;优化后,平面3-PRRR并联冗余机械手驱动力矩较小,整体波动幅度较小。采用混合算法优化平面3-PRRR并联冗余机械手运动参数,可以降低机械手驱动力矩,减少冗余机械手运动系统能量消耗。     

基于RBF神经网络的MOTOMAN-UPJ型机器人运动学逆解

利用D—H参数对MOTOMAN—UPJ型机器人建立坐标系,推导出正运动学公式。将由此得到的运动学正解作为训练样本,利用RBF神经网络的局部逼近的优点,将求解机器人运动学逆解转化为对神经网络的权值进行训练。实现了机器人从工作空间到关节空间的非线性映射。使用12输入,单输出的RBF网络,对6自由度的MOTOMAN—UPJ机器人进行了计算仿真,验证了该方法的可行性。与传统解析法相比,大大减少了求解运动方程的计算量。与BP神经网络相比,加快了收敛速度,解决了实时性差的问题。     

基于改进克隆选择算法的自抗扰控制参数整定

针对自抗扰控制器参数多、整定困难的问题,提出了基于改进克隆选择算法的自抗扰参数优化整定方法。该算法通过在进化过程中采用了三层不同的变异进化策略,形成多策略混合协同进化机制,有效平衡了算法的全局探索与局部开发,较好克服了基本克隆选择算法容易陷入局部最优解以及算法后期收敛速度慢的不足。用经典的标准测试函数来检验所提出算法的可行性与有效性,实验结果表明该算法具有全局搜索能力强、稳定性好、收敛速度快、收敛精度高等优点。以时滞系统的自抗扰控制器参数优化整定进行仿真验证,结果表明经文中提出算法优化后的控制器具有更小的超调量、更快的调节时间及更高的控制精度。     

基于MATLAB的码垛机械手运动学分析与仿真

对一种五自由度码垛机械手建模,采用改进版D-H法建立起机械手的7个连杆坐标系,通过坐标变换推导出机械手末端工具坐标系相对基座的位姿,由关节变量分离法求得逆运动学问题中5个关节角的解析式,最后使用Robotics Toolbox提供的函数在MATLAB环境下建立起机械手运动学仿真模型并进行实例仿真,指出常规的逆解验证过程存在的不足进而提出采用相应的补充验证手段的观点,验证了正、逆运动学求解的正确性,为后续分析、控制与优化提供运动学参考。